Малогабаритный импульсный источник проникающего излучения
Малогабаритный импульсный источник проникающего излучения относится к устройствам для генерирования нейтронных пучков, в частности, к генераторам разовых импульсов нейтронного и рентгеновского излучения и может быть использовано для проведения ядерно-физических исследований, изучения радиационной стойкости, например, элементов электронной аппаратуры, калибровки детекторов ионизирующих излучений.
Предложенная полезная модель направлена на уменьшение объема, веса, индуктивности электрической схемы и увеличение удельного энергетического выхода нейтронов на камерах плазменного фокуса.
Для решения указанной задачи в малогабаритном импульсном источнике проникающего излучения, выполненном в виде одного или нескольких модулей, каждый из которых содержит емкостной накопитель 2, подключенный к высоковольтному источнику питания 3 и соединенный через сильноточный высоковольтный коммутатор 4 с токопередающей линией, разрядную камеру 1, в которой формируется разряд типа "плазменный фокус", систему пуска коммутаторов 12, токопередающая линия выполнена в виде двух параллельных металлических шин, непосредственно соединенных с электродами разрядной камеры 1, одна из шин 5 токопередающей линии механически и электрически соединена с шиной нулевого потенциала и катодом сильноточного высоковольтного коммутатора 4, аноды которого непосредственно механически и электрически подключены к выводам конденсаторов емкостного накопителя, вторая шина токопередающей линии механически и электрически соединена с другими выводами конденсаторов емкостного накопителя, электрическая изоляция между шинами токопередающей линии выполнена в виде многослойного пакета прокладок 11 из диэлектрического материала, шины токопередающей линии гальванически соединены между собой через дроссель 10, система электробезопасности обеспечивает разряд емкостного накопителя после выключения высоковольтного источника питания 3 и выполнена из последовательно соединенных высоковольтного реле 8 и разрядного резистора 7. Шина токопередающей линии, соединенная с катодом сильноточного высоковольтного коммутатора и анодом 6 разрядной камеры 1, выполнена в виде замкнутой рамки, вторая шина имеет П-образную форму.
Полезная модель относится к устройствам для генерирования нейтронных пучков, в частности, к генераторам разовых импульсов нейтронного и рентгеновского излучения и может быть использовано для проведения ядерно-физических исследований, изучения радиационной стойкости, например, элементов электронной аппаратуры, калибровки детекторов ионизирующих излучений.
Известно устройство для получения импульсов нейтронного и рентгеновского излучений, (см., например, патент РФ №768376, кл. Н05Н 1/06, опубликован 27.03.97) содержащее источник энергии, линию передачи энергии, коммутатор и плазменный реактор, образованный коаксиально расположенными анодом и катодом, разделенными изолятором, дополнительно установленный высокочастотный генератор для предварительного формирования однородной плазменной оболочки, подключенный к электродам плазменного реактора параллельно источнику энергии, и устройство синхронизации запуска высокочастотного генератора и коммутатора.
Указанное устройство имеет низкий уровень интенсивности нейтронного излучения.
Известен импульсный источник проникающего излучения (см., например, Сборник научных трудов под редакцией Макеева Н.Г. "Физика и техника импульсных источников ионизирующих излучений для исследования быстропротекающих процессов" №5, г.Саров, 1996 г.), содержащий в качестве источника тока взрывомагнитный источник тока (ВМГ), линию передачи энергии, разрядную камеру, систему запитки ВМГ от источника начальной энергии и систему запуска.
Это устройство предназначено для одноразового использования, и требует защиты исследуемых объектов и оборудования от взрывного воздействия ВМГ.
В качестве прототипа по наибольшему количеству совпадающих конструктивных признаков принят импульсный источник проникающего излучения (см. патент РФ №2257020, кл. Н05Н 1/06, 2003 г.), представляющий собой один или несколько модулей, каждый из которых содержит емкостной накопитель, соединенный с импульсным тиратроном, коммутирующим разряд емкостного накопителя через кабельную линию на блок нагрузки (токовый коллектор) и установленную в нем разрядную камеру, в которой формируется разряд типа "плазменный фокус", зарядное устройство, источник накала тиратрона, систему пуска тиратрона, импульсный генератор, запускающий систему пуска тиратрона, систему управления и контроля работы генератора и разряда емкостного накопителя, диагностическую и регистрирующую аппаратуру, кабельная линия выполнена из коаксиальных проводов равной длины, равномерно распределенных по окружности токоведущих фланцев тиратрона и блока нагрузки, электрическая изоляция анодного пространства блока нагрузки выполнена в виде многослойного пакета прокладок из диэлектрического материала, емкостной накопитель и блок нагрузки гальванически изолированы от монтажной плиты, анод и катод блока нагрузки гальванически соединены между собой через блок резисторов, катод блока нагрузки гальванически соединен с "массой" монтажной плиты, элементы устройства компактно смонтированы и закреплены силовыми элементами на монтажной плите.
В известном импульсном источнике проникающего излучения большое количество токоподводящих кабелей усложняет конструкцию и приводит к уменьшению надежности источника,
Кроме того, соединение коллектора с «массой» монтажной плиты приводит при срабатывании к возникновению «прыгающих» потенциалов на корпусах конденсаторов емкостных накопителей, на кабельной линии, корпусах тиратронов и в системах пуска тиратронов (фактически резко повышаются потенциалы почти всех
узлов конструкции), что создает значительные трудности в работе и требует тщательной взаимной высоковольтной изоляции всех частей электрической схемы.
Наличие отдельного коллектора для соединения проводов с элементами схемы приводит к усложнению устройства, так как появляется дополнительный узел в конструкции импульсного источника.
Предложенная полезная модель направлена на уменьшение объема, веса, индуктивности электрической схемы и увеличение удельного энергетического выхода нейтронов на камерах плазменного фокуса.
Для решения указанной задачи в малогабаритном импульсном источнике проникающего излучения, выполненном в виде одного или нескольких модулей, каждый из которых содержит емкостной накопитель, подключенный к высоковольтному источнику питания и соединенный через сильноточный высоковольтный коммутатор с токопередающей линией, разрядную камеру, в которой формируется разряд типа "плазменный фокус", систему пуска коммутаторов, токопередающая линия выполнена в виде двух параллельных металлических шин, непосредственно соединенных с электродами разрядной камеры, одна из шин токопередающей линии механически и электрически соединена с шиной нулевого потенциала, катодом сильноточного высоковольтного коммутатора и анодом разрядной камеры, анод коммутатора непосредственно механически и электрически подключен к выводам конденсаторов емкостного накопителя, присоединенных к «плюсу» высоковольтного источника питания, вторая шина токопередающей линии механически и электрически соединена с другими выводами конденсаторов емкостного накопителя и катодом разрядной камеры, электрическая изоляция, выполненная в виде многослойного пакета прокладок из диэлектрического материала, расположена в пространстве между шинами токопередающей линии; шины токопередающей линии гальванически соединены между собой через дроссель, введенная в импульсный источник проникающего излучения система электробезопасности выполнена из последовательно соединенных высоковольтного реле и разрядного резистора, включенных между точкой соединения выводов конденсаторов емкостного накопителя с плюсом высоковольтного источника питания и шиной нулевого потенциала для обеспечения разряда емкостного накопителя после выключения высоковольтного источника питания, причем шина, соединенная с катодом коммутатора, выполнена в виде замкнутой рамки, вторая шина имеет П-образную форму.
Полезная модель поясняется чертежом.
Малогабаритный импульсный источник проникающего излучения выполнен в виде отдельных модулей, каждый из которых состоит из разрядной камеры 1, емкостного накопителя 2, подключенного к высоковольтному источнику питания 3 и через сильноточный высоковольтный коммутатор 4 к одной из шин токоподводящей линии 5, соединенной с анодом 6 разрядной камеры, системы электробезопасности, выполненной из последовательно соединенных разрядного резистора 7 и высоковольтного реле 8 и включенных между точкой соединения выводов конденсаторов емкостного накопителя 2 с плюсом высоковольтного источника питания 3 и шиной нулевого потенциала, другие выводы конденсаторов емкостного накопителя 2 подключены к катоду 9 разрядной камеры 1, шины 5 токоподводящей линии соединены между собой через дроссель 10, электрическая изоляция 11 расположена между шинами 5 токоподводящей линии и выполнена в виде многослойного пакета прокладок из диэлектрического материала, система пуска коммутаторов 12 подключена к управляющему входу сильноточного высоковольтного коммутатора 4.
Токоподводящая линия выполнена в виде двух параллельных металлических шин, непосредственно соединенных с электродами разрядной камеры 1, одна из шин соединена с анодом 6 разрядной камеры 1 и катодом сильноточного высоковольтного коммутатора 4, анод которого непосредственно механически и электрически соединен с выводами конденсаторов емкостного накопителя 2, присоединенными к плюсовой шине высоковольтного источника питания 3, шина, соединенная с анодом 6 и катодом сильноточного высоковольтного коммутатора 4 выполнена в виде замкнутой рамки, а вторая шина имеет П-образную форму и соединена с другими выводами конденсаторов емкостного накопителя и с катодом 9 разрядной камеры.
Работает устройство следующим образом.
С помощью механизмов перемещения (на чертеже не показаны) устанавливают пространственное расположение разрядной камеры 1 по отношению к объектам облучения. Управление импульсным источником проникающего излучения осуществляется дистанционно с пульта управления (на чертеже не показан).
После включения высоковольтного источника питания 3 происходит заряд конденсаторов емкостного накопителя 2. Система пуска коммутаторов 12 открывает сильноточный высоковольтный коммутатор 4, и заряженные конденсаторы емкостного накопителя 2 по шинам 5 токоподводящей линии разряжаются на разрядную камеру 1, в которой формируется разряд типа «плазменный фокус». Разрядная камера 1 подключается к шинам токоподводящей линии в соответствии с
полярностью высоковольтного источника питания 3 так, чтобы при срабатывании высоковольтного коммутатора 4 ток через разрядную камеру протекал от анода 6 к катоду 9, что обеспечивает нормальную ее работу.
В процессе подготовки к работе импульсного источника проникающего излучения и его срабатывания осуществляется контроль рабочих параметров источника и получаемых данных по нейтронному излучению.
После выключения высоковольтного источника напряжения положительный потенциал с обкладок конденсаторов емкостного накопителя 2 через высоковольтное реле 8 и разрядный резистор 7 системы электробезопасности обнуляется на шину нулевого потенциала.
Замена токоподводящих кабелей на токоподводящие шины позволила снизить габаритные размеры импульсного источника и паразитную индуктивность схемы, т.е. повысить качественные показатели импульсного источника проникающего излучения.
Предлагаемый малогабаритный импульсный источник проникающего излучения позволяет получать по сравнению с известными источниками более высокие (˜ в 2 раза) уровни потоков нейтронов.
Импульсный источник проникающего излучения успешно прошел испытания в рабочем режиме, которые подтвердили высокие показатели выхода нейтронов.
Сравнительные испытания известных и предлагаемого малогабаритного импульсного источника проникающего излучения показали, что при одинаковом выходе нейтронов предлагаемый импульсный источник проникающего излучения имеет объем и массу в 1,5-2 раза меньшие, а удельный энергетический выход нейтронов в 2 раза выше.
1. Малогабаритный импульсный источник проникающего излучения, выполненный в виде одного или нескольких модулей, каждый из которых содержит емкостной накопитель, подключенный к высоковольтному источнику питания и соединенный через сильноточный высоковольтный коммутатор с токопередающей линией, разрядную камеру, в которой формируется разряд типа "плазменный фокус", систему пуска коммутаторов, отличающийся тем, что токопередающая линия выполнена в виде двух параллельных металлических шин, непосредственно соединенных с электродами разрядной камеры, одна из шин токопередающей линии механически и электрически соединена с шиной нулевого потенциала, катодом сильноточного высоковольтного коммутатора и анодом разрядной камеры, анод коммутатора непосредственно механически и электрически подключен к выводам конденсаторов емкостного накопителя, присоединенных к "плюсу" высоковольтного источника питания, вторая шина токопередающей линии механически и электрически соединена с другими выводами конденсаторов емкостного накопителя и катодом разрядной камеры, электрическая изоляция, выполненная в виде многослойного пакета прокладок из диэлектрического материала, расположена между шинами токопередающей линии, шины токопередающей линии гальванически соединены между собой через дроссель, введенная в импульсный источник проникающего излучения система электробезопасности выполнена из последовательно соединенных высоковольтного реле и разрядного резистора, включенных между точкой соединения выводов конденсаторов емкостного накопителя с плюсом высоковольтного источника питания и шиной нулевого потенциала для обеспечения разряда емкостного накопителя после выключения высоковольтного источника питания.
2. Малогабаритный импульсный источник проникающего излучения по п.1, отличающийся тем, что шина, соединенная с катодом коммутатора, выполнена в виде замкнутой рамки, а вторая шина имеет П-образную форму.
